Seepage analysis through unsaturated zone based on the theory of unsaturated flow is commonly performed to evaluate dam safety. However, the concepts of unsaturated soil behavior have not been transferred into the hands of practicing geotechnical engineers since the problems involving unsaturated soils often have the appearances of being extremely complex. There is variability and uncertainty associated with the unsaturated hydraulic properties that in turn will lead to variability in predicting unsaturated soil behavior such as seepage rate and the pore water pressure distribution. In this paper, measurements of the soil-water characteristic curve and saturated hydraulic conductivity for the core material of dam were conducted. Then, finite element stochastic analysis was used to capture the effect of unsaturated hydraulic properties on the seepage behavior of dam. It is observed that the amount of seepage increases, as the values of unsaturated soil parameters a and n increase. The values of m and p showed opposite trend.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1D
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pp.83-90
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2011
A need still exists that the unsaturated condition is to be considered when evaluating the infiltration and drainage capacity for compacted geomaterials in road foundation or embankments. For this reason, numerical analysis were used to analyze the time-dependent unsaturated infiltration and drainage condition depending on various geomaterial types. Therefore, laboratory data from the soil-water characteristic curve tests on geomaterials were adopted from previous studies. In addition, the unsaturated permeability was estimated using SWCC. Then the infiltration and drainage performance of unsaturated compacted soils were evaluated under various conditions based on the proposed method. The results demonstrated that the effect of initial suction and SWCC path on each material could be substantial and the proper application on analysis is very important to enhance the prediction on each capacity.
Seepage analysis through unsaturated zone based on the theory of unsaturated flow is commonly performed to evaluate dam safety. However, the concepts of unsaturated soil behavior have not been transferred into the hands of practicing geotechnical engineers since the problems involving unsaturated soils often have the appearances of being extremely complex. The behavior of dam such as seepage rate and the pore water pressure distribution is different according to the unsaturated hydraulic properties, but nevertheless simply assumed properties have been used due to insufficient data from domestic soils. In this paper, the effect of unsaturated hydraulic properties on the behavior of dam was studied through a series of numerical analyses, and then the results were discussed. It is observed that water table moves at a (aster rate, as the values of unsaturated soil parameter a and n increase. The value of m showed opposite trend. The sensitivity calculated using the approximation form showed maximum values near the water table. And the value of n that is related to the slope of soil water characteristic curve gives greatest influence on the change of sensitivity with time.
The procedure that combines the result of infiltration analysis into stability analysis based on the limit equilibrium method is widely used to evaluate the impact of rainfall infiltration on slope stability. Accurate prediction of rainfall infiltration is essential to the prediction of landslides caused by rainfall, requires to obtain accurate unsaturated hydraulic properties of the soil. Among the unsaturated hydraulic characteristics of the soil, the importance of the soil-water characteristic curve describing the retained water characteristics of the soil is relatively well known and the measurement by test method to obtain the SWCC is gradually increasing. However, it takes a lot of time and expenses to experimentally measure the unsaturated conductivity characteristics of the soil. Therefore, it is common practice to estimate the hydraulic conductivity function from the SWCC. Although it is widely known that the SWCC has a great influence on rainfall infiltration, studies on the effect of the hydraulic conductivity function estimated from the SWCC on rainfall infiltration are very limited. In this study, we explained how the estimation model of the hydraulic conductivity function affects rainfall infiltration and slope stability analysis. To this end, one-dimensional infiltration analysis and slope stability analysis were conducted by using the data on the SWCC of weathered granite soil widely distributed in Korea. The applicability of each estimation model is discussed through review of the analysis results.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1994.09a
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pp.247-252
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1994
우리나라 산사태의 대부분은 사면의 깊이가 얕은 상태에서 발생하며, 지형적 지질적 및 강우조건에 따라 각기 다른 사면 파괴의 형태를 보여주고 있다. 본 논문에서는 IFDM의 기법을 이용하여 강우침투에 의해 발생할 수 있는 불포화지반으로의 침윤전선의 진행, 간극수압의 시간적 발생과정 등을 포함하는 침투해석을 수행하였다. 침투해석으로 얻은 강우침투 결과를 hyperbolic 응력, 변형을 모델에 조합하여 시간별로 응력, 변형해석을 할 수 있는 모델을 제안하였다. 이 모델에 의한 해석예로써 용인군 창리 산사태 지역을 선택하여 기존의 한계평형법과 본 논문에서 제안한 모델의 결과를 비교하였다.
To estimate the accumulated infiltration, Horton's and Green-Ampt's equations are usually applied. Because the real infiltration is penetrated into the soil continuously, to cover the problems of the conventional equations derived from the discontinuous infiltration system, new infiltration equation is derived from the concepts of continuous infiltration system. Furthermore, infiltration tests were done to compare the results from the conventional Horton's and Green-Ampt's equations and newly derived equation. Unsaturated permeability is the function of water content ratio or saturation degree, which affects directly to the infiltration capacity and accumulated infiltration. Therefore, the variation term of unsaturated permeability is inserted into the new equation to estimate the proper infiltration capacity and accumulated infiltration. It will make the more accurate analysis for the safety of structure and the behavior of groundwater.
Seepage rate through the core zone of rockfill dam, estimated from graphical technique and the equation by Sakamoto (1998), is different from the real condition because of neglecting unsaturated flow. With existing method to estimate total seepage rate, it is difficult to understand the tendency of total seepage rate changes by reservoir water level change. Steady state seepage rate and the factors affecting the time needed to attain to changes of reservoir water level and saturated hydraulic conductivity and unsaturated hydraulic properties of core material are analysed thorough the 2-D steady and unsteady state seepage analyses of Soyanggang dam. Numerical results revealed that the seepage rate can be expressed by the linear equation form and the value of unsaturated soil parameter n is the most important factor affecting the seepage rate and the time needed to attain steady state. The estimation method presented in this study can be used by the designer and the personnel of dam safety for convenient estimation of seepage rate and quantitative analysis of measured seepage rate without 2-D and 3-D numerical analyses.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2009.05a
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pp.796-800
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2009
토목구조물 및 사면의 붕괴는 집중호우가 내리는 경우 많이 발생하고 있으며, 특히 사면에서는 붕괴까지의 변형이 급속히 진행되어 이를 사전에 예방하기는 매우 어려운 현실이다. 침투 및 배수과정에서의 사면 붕괴는 강우침투로 인한 지반의 물리적 특성변화가 직접적으로 사면의 안전계수 변화에 영향을 주는 것으로 판단되며, 이때 발생하는 물리적 특성변화로는 침투시 사면 내 지반의 단위 중량은 증가하여 전단응력의 증가 및 전단강도 감소현상이 발생하며, 이와 반대로 사면 내 배수로 인하여 전단응력의 감소 및 전단강도의 증가현상이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 강우침투로 발생하는 지반의 포화도 변화를 지반 내 투수계수의 함수로 설명하여 강우로 인한 지반의 침투 및 배수과정을 규명하고자 한다. 일반적으로 지반 내 지하수의 침투과정은 라플라스 공식을 적용한다. 그러나 라플라스 공식은 정상 상태(Steady State)일 경우에만 사용할 수 있고, 강우 등으로 인한 지하수의 수두 변화가 발생한 비정상 상태(Unsteady State)의 경우에는 부적합하므로 사면과 옹벽 등의 토질구조물에서는 안전성 변화를 계산할 수 없다. 이를 위해 사면 내 지반의 침투 및 배수과정을 투수계수의 함수로 나타내어, 강우의 침투과정을 Fourier Series, 변수분리법 및 섭동함수를 사용하여 식으로 유도함으로서 강우에 의한 지반의 침투 및 배수과정에 따른 사면 내 지하수의 분포를 예측한다. 침투과정 해석을 위하여 지표에서 포화대까지의 깊이 10m의 모델사면 및 지표부터 포화대까지의 포화도는 직선으로 비례한다는 가정을 적용한다. 먼저 푸리에 급수를 이용, 시간에 따른 온도를 열전달에 관하여 편미분하여 발생하는 열확산계수를 투수계수로 변환함에 따라 지하수의 시간과 수직방향거리에 대한 지반의 포화도를 산정한다. 변수분리법은 산정된 포화도에 지반의 초기조건과 경계조건를 고려하기 위해 적용하며, 변수분리법에 의해 산정된 지하수 분포를 섭동함수법으로 과도 및 정상상태로 분류한다. 본 연구의 수행으로 인해 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, Fourier Series와 변수분리법, 섭동함수를 이용하여 강우에 의한 지반의 포화도 변화를 수식적으로 나타낼 수 있으며 둘째, 지반에서의 강우침투과정을 식으로 표현함으로서, 깊이별 시간에 따른 포화도의 영역이 상부로부터 하부로 전이되는 과정을 알 수 있다. 셋째, 푸리에 급수를 이용한 지반의 침투계산으로 강우로 인한 지반의 포화영역 및 불포화영역을 명확히 구분할 수 있으며, 각 깊이별 포화도를 계산하여 각 구간에서 불포화구간의 전단강도에 대한 보다 정확한 계산이 가능하리라 판단된다.
The slope failure due to the rainfall infiltration occurs frequently in Korea, since the depth of the weathered residual soil layer is shallow in mountainous region. Depth of the failure surface is shallow and tends to pass near the interface between impermeable bedrock and soil layer. Soil parameters that have a significant impact on the instability of unsaturated slopes due to rainfall infiltration inevitably include large uncertainties. Therefore, this study proposes a probabilistic analysis procedure by Monte Carlo Simulation which considers the hydraulic characteristics and strength characteristics of soil as random variables in order to predict slope failure due to rainfall infiltration. The Green-Ampt infiltration model was modified to reflect the boundary conditions on the slope surface according to the rainfall intensity and the boundary condition of the shallow impermeable bedrock was introduced to predict the stability of unsaturated soil slope with shallow bedrock under constant rainfall intensity. The results of infiltration analysis were used as inputs of infinite slope analysis to calculate the safety factor. The proposed analysis method can be used to calculate the time-dependent failure probability of soil slope due to rainfall infiltration.
This paper is research results of slope stability analysis associated with seepage infiltration for unsaturated soil in debris-flow occurrence slopes. Site investigations were carried out in two slopes, located at Inje in Kangwon province where debris flow occurred in 2006 and at Yangpyung in Kyeunggi province where it occurred in 2010. For unsaturated soil sampled at the zone of debris-flow initiation, soil water characteristic curves with tempe pressure cells and shear strength parameters with newly designed shear strength apparatus were obtained respectively. The commertially available software SEEP/W was used to analyze seepage infiltration in unsaturated soil, based on their properties obtained from test results and the actual rainfall data at the moment of debris flow occurrence, and slope stability analysis with the program of SLOPE/W, associated with results of seepage analysis, was performed to simulate slope failure. As results of this research, seepage infiltration to unsaturated soil due to intensive rainfall was found to cause increase of ground water table as well as degree of saturation. Through this research slope stability analysis for unsaturated soil, considering the actual rainfall characteristic, might be a reasonable method of investigating characteristics of debris flow behavior, in particular, the moment of debris flow occurrence.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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